SİSMİK -ELEKTRİK YÖNTEMLER DERSİ- SİSMİK BÖLÜMÜ Doç.Dr. Hüseyin TUR

GİRİŞ

JEOFİZİK NEDİR?   Yerküre ve atmosferinin, gezegenlerin, uyduların ve güneşin fiziksel ve yapısal özelliklerini fizik ve matematik yöntem ve prensipleri kullanarak inceleyen bilim dalına "Jeofizik" denir.

Jeoloji ve Jeofizik arasındaki fark nedir? Jeoloji ve Jeofizik bilim dallarında amaç aynıdır; yerküre ve içinde bulunduğu uzay ortamının özelliklerinin anlaşılabilmesidir. Aralarındaki en temel ayrılık araştırma yöntemlerinin farklılığıdır. Jeofizik inceleme alanının özelliklerini en genel anlamda ölçüm aletleri ve cihazlar ile fiziksel değerlerle ilişkili veriler toplayarak ve bu verileri bilgisayar ortamında matematiksel ve fiziksel temellere dayalı yöntemlerle işleyerek değerlendirir ve yoruma gider.  Jeoloji ise daha çok gözlemsel verilere ve laboratuvar deneylerine bağlı olarak çalışma ve araştırma yapar.

JEOFİZİKTE KULLANILAN BAŞLICA YÖNTEMLER SİSMİK : Yeraltı yapılarının sismik hız değişimlerini inceler, ELEKTRİK: Yeraltı yapılarının elektrik iletkenlik özelliklerini inceler, GRAVİTE: Yeraltı yapılarının yerçekimi özelliğini inceler, MANYETİK: Yeraltı yapılarının manyetik özelliklerini inceler, SİSMOLOJİ: Depremlerin özelliklerini ve yerin derinliklerini inceler, YER RADARI: Özellikle yer yüzeyine yakın derinliklerde bulunan, ortamın geneline göre farklı fiziksel özellikler gösteren alanların belirlenmesinde kullanılır. ELEKTROMANYETİK: Yeraltı yapılarının elektrik iletkenlik ve elektomanyetik özelliklerini inceler, JEOMANYETİZMA: Uzaydave yeryüzündeki manyetik alanın özelliklerini inceler, PALEOMANYETİZMA: Geçmiş dönemlerdeki yer manyetik alanının değişimlerini inceler, RADYOMETRİK VE JEOTERMİK: Yerkürenin radyoaktiflik ve sıcaklık özelliklerini inceler, KUYU LOGLARI: Sondaj kuyularında yapılan sismik, gravite, manyetik, radyometri, elektrik vb. jeofizik yöntemlerdir. YÜZEY NÜKLEER MANYETİK REZONANS (SNMR): Atom çekirdeğinin (temel olarak çekirdekte bulunan protonun) manyetik özelliklerinden yararlanarak, yeraltının su içeriğini ve hidrolik geçirgenliğini derinliğin fonksiyonu olarak verebilen bir yöntemdir.

JEOFİZİĞİN UYGULAMA ALANLARI Levha Tektoniği Ve Deprem Araştırmaları Sismik Yöntemlerle Karada Ve Denizde Jeolojik Yapıların Araştırılması Jeolojik Zamanlardaki Yer Manyetik Alanının Belirlenmesi Yeraltı Kaynaklarının Araştırılması Çevre Jeofiziği Arkeolojik Araştırmalar Atmosfer Ve Uzay Araştırmaları Termal Alan Araştırmaları Geoteknik / Zemin Araştırmalar

JEOFİZİĞİN ALT ANABİLİM DALLARI UYGULAMALI JEOFİZİK YER FİZİĞİ SİSMOLOJİ

UYGULAMALI JEOFİZİK UYGULAMALI JEOFİZİĞİN TEMEL YÖNTEMLERİ * SİSMİK, * GRAVİTE, * MANYETİK, * ELEKTRİK, * ELEKTROMAGNETİK   UYGULAMALI JEOFİZİĞİN BAZI UĞRAŞTIĞI ALANLAR * Arama Jeofiziği * Mühendislik Jeofiziği * Çevre Jeofiziği * Arkeojeofizik * Adli Jeofizik

Uygulamalı Jeofizikte Amaç ve Yöntemler Jeolojik Problemin Tanımlanması Araştırma Yönteminin Tasarlanması Arazi Verisinin Toplanması Data (Veri) Ayıklanması Model Oluşturulması Modelin Yorumlanması Rapor Yazımı

SİSMİK YÖNTEMİN ESASI Herhangi bir enerji kaynğından (gürültü, darbe, patlatma, vibrosismik, ağırlık düşürme, sparker, airgun v.s.) üretilen sismik dalgaların (sinyalin) yayınımından hareketle ortaya çıkar. Sismik dalgalar yeraltında ilerlerken akustik empedans farkı yaratacak ortam değişikliklerinde yansır, kırılır veya saçılırlar. Sonunda tekrar yeryüzüne dönerler. Yeryüzüne döndüklerinde karada jeofon, denizde ise hidrofon adı verilen alıcılar tarafından algılanarak bir sismik kayıt ünitesinde kaydedilirler. Sismik dalgaların alıcılara varış zamanlarını kullanılarak yeraltındaki tabakala ait derinlik ve hız parametreleri belirlenmeye çalışılır. Hız=yol/zaman bağıntısından hareketle fiziksel parametreler belirlenir. Dalga yayınımı prensibi ile yerin merkezi incelenebildiği gibi çok küçük yeryüzü parçasının incelenmesi de yapılabilir. Yeryüzünde yapılacak olan her tür mühendislik yapısının hesaplarında kullanılacak parametrelerin belirlenmesinde kullanılabileceği gibi yeraltının zenginliklerinin belirlenmesinde de kullanılmaktadır. * Sismikte temel prensip, enerji kaynağından yayılan ve alıcılara gelen dalgaların zamana karşın amplitüdlerinin (genliklerinin) kaydedilmesidir.

SİSMİK YÖNTEMLERİN SINIFLANDIRMASI Kullanılan varışlara göre ve kayıt geometrisine göre başlıca yöntemler: - Sismik Yansıma Yöntemi (Seismic Reflection Method) - Sismik Kırılma Yöntemi (Seismic Refraction Method) - Kuyu Sismiği ( VSP ve Cross-hole) Uygulandığı ortamlar: - Kara sismik operasyonları (Land operations) - Kıyı Ötesi (deniz ve göl) operasyonları (Offshore, marine & lake, operations) Uygulama boyutları: - İki boyutlu (Two dimensional (2D), seismic sections) - Üç boyutlu (Three dimesional (3D), seismic volumetric data) - Üç boyut/Üç Bileşen (There dimensional/Three components (3D/3C), seismic attributes) - Dört boyutlu (Four dimensional (4D), monitoring with 3D

SİSMİK YÖNTEMLERİN UYGULAMA ALANLARI Enerji kaynak aramaları (Energy exploration): - En başta petrol ve doğal gaz (oil and natural gas on land and offshore) - Jeotermal (geothermal) - Kömür (coal) - Gas hidratları (gas hydrates) - Kaya gazı (Shale gas) Çeşitli yeraltı kaynak aramaları (Resource prospecting): - Maden (mining) - Yeraltı suyu (groundwater) - Endüstriyel hammaddeler (industrial raw materials) Mühendislik uygulamalarında (Engineering applications) - Her türlü bayındırlık yapıları (baraj, tünel, liman, otoyol, hızlı demiryolu, metro, uçuş pisti, boru hatları, köprüler, yüksek binalar, nükleer santral v.b.) - Bilimsel Araştırmalarda (Scientific research): Yerkabuğu araştırmalarında, aktif fayların haritalanmasında, Kuvaterner çalışmalarında

SİSMİĞİN TEMEL YÖNTEMLERİNİN KIYASLANMASI SİSMİK KIRILMA SİSMİK YANSIMA - Hız kontrastı( farklılaşması) esastır. - Hız ve yoğunluk kontrastı esastır - Kabuk araştırmaları ve mühendislik - Petrol, doğal gaz ve jeotermal jeofiziğinde kullanılır (tabaka kalınlıkları aramalarında ve görüntülenmesinde ve P ve S dalga hızları ve bunlardan kullanılır (genel olarak). Bunun dışında elastik parametrelerin hesabı). mühendislik uygulamalarında, stratigrafik incelemede ve i klim değişimlerinin araştırılmasında kullanılmaktadır. - Alçak frekanslı kaynak gerektirir - Yüksek frekanslı kaynak gerektirir ( ≈ 10 Hz) frekans bandı) . ( 0-10.000 Hz; hatta sığ çalışmalarda 40.000 Hz) . - Daha az sayıda alıcı kullanılır. - Daha çok sayıda alıcı (kanal) kullanılır. - Veri işlem adımları azdır yada - Çok sayıda veri işlem adımı gerektirir. hiç yoktur.

TEMEL İLKELER - ÖLÇÜLEN DEĞİŞKENLER TEMEL İLKELER – FİZİK * Akustik (sıvılarda) /elastik (katılarda) dalga yayınımı * Snell Yasası * Fermat Prensibi * Huygens Prensibi TEMEL İLKELER - ÖLÇÜLEN DEĞİŞKENLER * Zaman: atış anından itibaren alıcıya gelene kadar geçen zaman * Genlik: alıcıda algılanan sismik dalgaların genlikleri * Sismik iz (seismic trace): zaman ile değişen genlik izi

TEMEL İLKELER – KAYNAK TÜRÜ Sismik Yansıma Yöntemi Uygulaması için: - Sismik dalga üreten bir kaynak (airgun, vibratör vb.) Sismik dalga algılayan bir veya çok sayıda alıcı (hidrofon veya jeofon) Algılanan sismik sinyalleri kayıt eden bir cihaz (sayısal sismograf) Sismik yansıma yönteminde kullanılan dalga türü: - Başlıca dalga türü P-dalgaları (Primary waves) Kara operasyonlarında, bazı çalışmalarda S-dalgaları (Secondary waves) Gürültü kaynakları (Noise): Dalga yayınımı nedeniyle olanlar (yüzey dalgaları, tekrarlı yansımalar, deniz tabanı tekrarlı yansımaları, hayalet yansımalar (ghost reflections) - Ortam kaynaklı gürültüler (rüzgar, dalga, ) Çevresel gürültüler (motorlu araçlar, sesli çalışan her türlü makina, dümen suyu vb.)

BAŞLICA AŞAMALAR Veri Toplama (Data Acquisition and Quality Control in 2D & 3D, land & marine) - Kaynak sistemleri - Alıcı sistemleri - Kayıt sistemleri - Navigasyon sistemleri Veri işleme (Data Processing) - Yüksek hızlı okuma-yazma, veri işleme, depolama kabiliyetli bilgisayarlar - Grafik arayüzü gelişmiş uygulama yazılımları. Veri Yorumlama (Data Interpretation, Qualitative & Quantitative) - Jeolojik bilgi - Grafik arayüzü gelişmiş uygulama/modelleme yazılımları

SİSMİK KAYNAKLAR Patlayıcı kaynaklar (Explosive sources): - Dinamit (land & marine) - Diğer kimyasal patlayıcılar (land) Darbeli kaynaklar (Impulsive sources): - Balyoz, Çekiç gibi (land) - Tabancalar (airgun, watergun) (marine) - Ağırlık düşürme (weight drops) (land) Kendisi titreyen kaynaklar (Vibrating sources): - Vibrators (land) - Chirps (marine)

SİSMİK ALICILAR Kara çalışmalarında: - Jeofon (geophone): hız veya ivmeye (titreşim)duyarlı alıcılar. - Jeofon dizisi (geophone array): birden fazla jeofonun bir hat boyunca dizilerek ve birbirlerine bağlanarak oluşturulan çok elemanlı alıcı düzeneği. - Kara sismiği operasyonlarında genellikle tek (düşey) bileşenli jeofonlar kullanılır. Deniz & Göl çalışmalarında: - Hidrofon (hydrophone): basınç değişimine duyarlı alıcılar - Hidrofon dizisi (hydrophone array): birden fazla hidrofonun bir hat boyunca dizilerek ve birbirlerine bağlanarak oluşturulan çok elemanlı alıcı düzeneği.

UTGULAMALI JEOFİZİK YÖNTEMLERDEN ÖRNEKLER Sismik Kırılma Yöntemi

Sismik Kırılma Verilerinin Değerlendirilmesi

Düşey Sismik Profiller VSP (Vertical Seismic Profiles)

VSP Uygulamaları

KUYULARARASI (CROSS-HOLE ) SİSMİK Amaç İki kuyu arası hız dağılımı belirlemek

Bazı yapıların konumunu belirlemek için de kuyularası sismik uygulanır

Açılan araştırma kuyularında çeştli loglar alınarak litolojik değişimler incelenir ve hız ölçümleri yapılır.

Deniz Sismiği

Sismik Kayıtçı Sismik verinin kaydedildiği merkezdir. Alıcı kabloları doğrudan sismik kayıtçıya bağlıdır ve sürekli veri akışı mevcuttur. Alıcı kablolar birbirine eklenebilen 75 veya 100 metrelik bölümler halinde üretilirler ve alıcı grup aralıkları 6.25 veya 12.5 metre olarak düzenlenirler.

Kara sismiğinde kullanılan jeofonlara karşılık olarak denizde hidrofonlar kullanılmaktadır. Hidrofonlar streamer adı verilen alıcı kabloların içine yerleştirilerek suyun içine indirilir. Her bir kayıt kanalında 8 veya 16 hidrofon paralel bağlanıp tek bir çıkış alınarak yansıma sinyalleri güçlendirilir ve rastgele gürültüler sönümlendirilir.

Enerji Kaynakları Air Gun Sparker Boomer Chirp

Denizde Sismik Yansıma

Denizde Sismik Kırılma

Denizde de sismik 2 yada 3 boyutle yapılabilir

Okyanus Tabanı Sismik(OBS (Ocean Bootm Seismic))

DOĞAL POTANSİYEL (SP) Yere elektrik enerjisi vermeden kullanılan tek yöntemdir. Yer içerisindeki doğal elektrik akımlarının doğal alanını ölçer SP Geriliminin Oluşumuna Neden Olan Diğer Etkenler  Mineralizasyon gerilimlerinin dışında olan ve kaynağı bazı doğal ve yapay yer altı olaylarına dayanan SP gerilimleri vardır Bunlar; -Tellürik akımlar -Yapay akım kaçakları ve güç hatları -Yer altındaki boru hatları -Topoğrafya

Rezistivite (Özdirenç ) Yöntemi

ELEKTROT DİZİLİMTÜRLERİ Elektrotların birbirlerine ve merkez noktaya olan konumlarına göre değişik dizilim türleri vardır. Elektrik özdirenç yönteminde kullanılan başlıca dizilim türleri şunlardır: -Schlumberger -Wenner -Dipol-Dipol -Pol-Dipol Pol -Yarım Schlumberger -YarımWenner

Gürültü Kaynakları ve Jeofizik Yöntemlere Etkisi